- •1. Введение в базы и банки данных
- •1.1. Понятие базы и банка данных
- •1.2. Компоненты банка данных
- •1.2.1. Информационная база
- •1.2.2. Лингвистические средства
- •1.2.3. Программные средства
- •1.2.4. Технические средства
- •1.4. Типология баз данных
- •1.2.5. Организационно-административные подсистемы
- •1.3. Пользователи баз данных
- •1.4.1. Типология баз данных с точки зрения информационных процессов
- •1.5. Семантика баз данных
- •1.6. Типология моделей
- •2. Базовые технологии и основные этапы развития машинной обработки данных
- •2.1. Введение в технологии машинной обработки данных и основные определения
- •2.2. Примерная схема организации файлового ввода-вывода
- •2.3. Эволюция концепций обработки данных
- •2.3.1. Простые (линейные) файлы данных (начало 60-х гг.)
- •2.3.2. Методы доступа к записям (конец 60-х гг.)
- •2.3.3. Первые системы управления базами данных (начало 70-х гг.)
- •2.3.4. Системы управления базами данных
- •2.4. Схема управления данными в субд
- •2.5. Данные и управление их обработкой
- •2.5.1. Типы, форматы, структуры данных
- •2.5.2. Описание и обработка файлов
- •2.6. Особенности и компромиссы реализаций баз данных
- •3. Модели и структуры данных
- •3.1. Многоуровневые модели предметной области
- •3.2. Идентификация объектов и записей
- •3.3. Поиск записей
- •3.4. Представление предметной области и модели данных
- •3.5. Структуры данных
- •3.5.1. Линейные структуры
- •3.5.2. Нелинейные структуры
- •3.5.3. Сетевые структуры
- •3.6. Реляционная модель данных
- •3.6.1. Основные понятия реляционной модели данных
- •3.6.2. Основы реляционной алгебры
- •4. Физические модели баз данных
- •4.1. Организация данных на машинных носителях
- •4.1.1. Типы записей
- •4.1.2. Организация файлов — способ размещения записей
- •4.1.3. Способы адресации и методы доступа к записям
- •4.1.4. Схемы организации данных на внешних носителях
- •4.2. Физическое представление иерархических структур
- •4.2.1. Физически последовательное размещение
- •4.2.2. Левосписковые структуры с переполнениями
- •4.2.3. Использование указателей на «подобные» и «порожденные»
- •4.3. Физическое представление сетевых структур
- •4.3.1. Физически последовательное размещение
- •4.3.2. Использование указателей
- •4.3.3. Физическое представление с разделением данных и связей
- •4.4. Архитектура файловой организации баз данных
- •4.4.1. Файл-ориентированная организация данных
- •4.4.2. Страничная организация данных
- •4.5. Модели распределения данных по физическим носителям
- •5. Модели и этапы проектирования баз данных
- •5.1. Модели многоуровневой архитектуры систем баз данных
- •5.2. Стадии проектирования и объекты моделирования
- •5.3. Системный анализ предметной области
- •5.4. Модели и технологии инфологического проектирования реляционных бд
- •5.4.1. Инфологическое проектирование и семантическая модель
- •5.4.2. Модель «Сущность — связь»
- •5.4.3. Er диаграмма
- •5.4.4. Нормальные формы er-диаграмм
- •5.5. Даталогические модели
- •5.5.1. Получение реляционной схемы из er диаграммы
- •5.6. Физические модели
- •6. Проектирование реляционной базы данных
- •6.1. Универсальное отношение
- •6.2. Функциональная и многозначная зависимости
- •6.3. Нормальные формы
- •6.4. Процедура нормализации
- •6.5. Пример проектирования реляционной бд
- •6.5.1. Построение еr-диаграммы
- •6.5.2. Построение реляционной схемы
- •6.5.3. Нормализация таблиц
- •7. Транзакции и целостность бд
- •7.1. Модели транзакций
- •7.2. Журнал транзакций
- •7.3. Параллельное выполнение транзакций
- •7.3.1. Пропавшие обновления
- •7.3.2. Чтение «грязных» данных
- •7.3.3. Чтение несогласованных данных
- •7.3.4. Строки-призраки
- •7.4. Сериализация транзакций
- •7.5. Захват и освобождение объекта
1.2.5. Организационно-административные подсистемы
Организационно-методические средства не являются технической компонентой системы, однако трудно рассчитывать на устойчивое и долговременное функционирование банка данных, если будут отсутствовать необходимые методические и инструктивные материалы, регламентирующие работу пользователей, различных по своему статусу и уровню подготовленности.
1.3. Пользователи баз данных
В информационных системах, создаваемых на основе СУБД, способы организации данных и методы доступа к ним перестали играть решающую роль, поскольку оказались скрытыми внутри СУБД. Массовый, так называемый конечный пользователь, как правило, имеет дело только с внешним интерфейсом, поддерживаемым СУБД.
Эти преимущества, как уже понятно, не могут быть реализованы путем механического объединения данных в БД. Предполагается, что в системе обязательно существует специальное должностное лицо (группа лиц) — администратор базы данных (АБД), который несет ответственность за проектирование и общее управление базой данных. АБД определяет информационное содержание БД. С этой целью он идентифицирует объекты БД и моделирует базу, используя язык описания данных. Получаемая модель служит в дальнейшем справочным документом для администраторов приложений и пользователей. Администратор решает также все вопросы, связанные с размещением БД в памяти, выбором стратегии и ограничений доступа к данным. В функции АБД входят также организация загрузки, ведения и восстановления БД и многие другие действия, которые не могут быть полностью формализованы и автоматизированы.
Администратор приложений (или, если таковой специально не выделяется — администратор БД) определяет для приложений подмодели данных. Тем самым разные приложения обеспечиваются собственным «взглядом», но не на всю БД, а только на требуемую для конкретного приложения («видимую») ее часть. Вся остальная часть БД для данного приложения будет «прозрачна».
Прикладные программисты имеют, как правило, в своем распоряжении один или несколько языков программирования, с помощью которых генерируются прикладные программы.
1.4. Типология баз данных
Классификация баз и банков данных может быть произведена по разным признакам (относящимся к разным компонентам и сторонам функционирования банков данных (БнД), среди которых выделяют следующие.
По форме представляемой информации можно выделить фактографические, документальные, мультимедийные, в той или иной степени соответствующие цифровой, символьной и другим (нецифровой и несимвольной) формам представления информации в вычислительной среде. К последним можно отнести картографические, видео-, аудио-, графические и другие БД.
По типу хранимой (не мультимедийной) информации можно выделить фактографические, документальные, лексикографические БД. Лексикографические базы — это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т. д., которые обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД. Документальные базы подразделяются по уровню представления информации на полнотекстовые (так называемые «первичные» документы) и библиографическо-реферативные («вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровнях первичный документ).
По типу используемой модели данных выделяют три классических класса БД: иерархические, сетевые, реляционные. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектноориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют трем упомянутым классическим моделям.
По топологии хранения данных различают локальные и распределенные БД.
По типологии доступа и характеру использования хранимой информации БД могут быть разделены на специализированные и интегрированные4.
По функциональному назначению (характеру решаемых с помощью БД задач и, соответственно, характеру использования данных) можно выделить операционные и справочно-информационные. К последним можно отнести ретроспективные БД (электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и т. д.), которые используются для информационной поддержки основной деятельности и не предполагают внесения изменений в уже существующие записи, например, по результатам этой деятельности. Операционные БД предназначены для управления различными технологическими процессами. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но и изменяются (добавляются) в том числе в результате этого использования.
По сфере возможного применения можно различать универсальные и специализированные (или проблемно-ориентированные) системы.
По степени доступности можно выделить общедоступные и БД с ограниченным доступом пользователей. В последнем случае говорят об управляемом доступе, индивидуально определяющем не только набор доступных данных, но и характер операций, которые доступны пользователю.
Следует отметить, что представленная классификация не является полной и исчерпывающей. Она в большей степени отражает исторически сложившееся состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением баз данных.